依据光叠加原理研制了一台太阳光谱仪光电探测系统线性度测试装置。该测试装置由300 W高稳定度氙灯光源、250 W卤钨灯光源、双层中性滤光片轮、双孔光阑及光学成像系统组成。依靠中性滤光片改变光束强度, 依靠独立开闭的双光阑和光学成像系统实现光流叠加。该装置工作波段为200~2 400 nm, 可模拟紫外-可见-红外波段地外太阳光谱辐照度, 动态范围为104, 已用于太阳光谱仪等光谱仪和硅光电二极管标准探测器等光电探测系统线性测量。

调频连续波(FMCW)激光探测技术将调频测距原理与激光的优点相结合, 具有探测精度高、抗干扰能力强等优点。为验证FMCW激光探测原理和性能, 设计了FMCW激光引信探测系统, 包括激光发射子系统、激光接收子系统和信号处理子系统, 具有FMCW激光发射、接收、信号处理和探测距离信息输出等功能。对FMCW激光引信探测系统的测距性能进行试验测试, 结果表明: FMCW激光引信探测系统的最大探测距离12 m, 测距误差在±0.3 m以内。所设计的FMCW激光引信探测系统具有较高的探测精度, 可应用于FMCW激光引信。

针对光电探测系统高指向精度要求，提出了补偿最小二乘法与双三次样条插值相结合的半参数模型标定算法来减小系统指向误差。根据光电探测系统结构组成，运用多体系统理论建立系统指向误差参数模型。引入非参数分量，建立半参数模型，应用补偿最小二乘法对半参数模型进行标定得到修正模型。搭建实验平台测得两组数据，分别用于运动学标定与验证修正结果。实验结果表明：系统方位向、俯仰向指向误差均值从92.1185″、75.9358″降低到2.7100″、2.7755″，指向误差标准差从21.6522、15.1744降低到10.8645、10.7305。表明提出的标定算法能有效提高光电探测系统指向精度和空间指向稳定性，且能同时考虑系统误差的线性与非线性关系。

辐射定标数据在目标辐射特性数据测量和仿真试验应用中均有重要作用。首先对焦距固定红外探测系统外场定标方法进行了初步分析。采用近距离直接扩展源法、远距离扩展面源法和平行光管定标法对焦距固定红外探测系统进行了定标实验研究。实验发现: 近距离直接扩展源法对旋转的红外探测系统不适用; 远距离扩展面源法对路径辐射、路径透过率和环境辐射修正较为困难; 平行光管定标法操作较为麻烦, 但考虑目标特性数据的有效性和实用性, 需考虑平行光管定标。文中对焦距固定红外探测系统辐射外场定标技术改造研究、红外目标特性测量系统研制具有较大的参考意义。

高低海拔地区气象环境迥异，将对可见光目标背景对比度产生影响。通过分析高低海拔地区到达探测系统前目标可见光对比度随月份变化，得到高海拔地区目标背景对比度优于低海拔地区。分析了高海拔地区太阳直射照度随气象参数变化、高低海拔地区辐射参数随月份的变化，指出高海拔地区能见度是影响其目标背景对比度的主要因素。各个月份平均气象条件下高海拔地区目标背景亮度约为低海拔地区一倍以上，将使得在低海拔地区使用的可见光探测系统直接饱和。

为了提高光电探测系统指向精度, 提出并对比基于参数模型和非参数模型的运动学标定算法。首先, 根据系统组成, 全面分析光电探测系统指向误差来源。接着, 针对参数模型, 运用多体系统理论建立系统指向误差模型, 并应用最小二乘法对模型进行标定。然后, 针对非参数模型, 应用双线性插值算法进行指向误差模型标定。最后, 搭建实验平台, 获得用于标定和验证的两组实验数据。实验结果表明: 经过参数模型标定, 指向精度从141.7″提高到22.2″;经过非参数模型标定, 指向精度从141.7″提高到27.9″。两种方法均能提高光电探测系统指向精度, 参数模型标定指向精度略高于非参数模型标定, 但是非参数模型运动学标定具有过程简单、计算量小的优势。

烟幕具有对红外波段的吸收、反射和散射等特性,可以导致红外成像系统接收到的能量大大衰减,降低其探测能力。烟幕的运动特性、形态特性和透过率分布等对红外成像系统干扰效果均有影响。在分析红外探测系统响应和烟幕透过率特性的基础上,基于实测烟幕数据仿真了单发烟幕的辐射特性、运动特性、形态特性和透过率分布。结果表明基于实测烟幕数据的烟幕仿真较好地体现了烟幕形态特性和运动特性等对红外探测系统跟踪性能的影响,为红外烟幕的仿真提供了一种有效的方法。

针对中子能谱实验的数值模拟研究中涉及到的探测系统能量分辨问题,基于系统探测伽玛和中子的对应关系以及对伽玛射线的能量分辨率,介绍了一种简便实用的数值模拟方案,利用探测系统对中子、伽玛的光响应对应关系以及其对伽玛的能量分辨率,得到系统对中子的能量分辨率,再进一步把它应用到中子能谱的数值模拟中,并对数值计算结果与相关实验数据进行比较分析。结果表明,该方法可以很好地应用于中子能谱的数值模拟研究。

回顾了荧光检测系统的发展历史, 详细阐述了与半导体CMOS技术结合后荧光检测系统微型化的发展过程, 包括基于CMOS荧光传感芯片的直接式和间接式荧光检测系统。最后, 提出了一种新型的微型化单片集成CMOS荧光传感芯片, 为荧光检测系统的设计和应用提供了新思路。

时间敏感目标(TCT：Time—critical Target)是各类任务中需要重点关注的对象，空间、近空间探测系统对时间敏感目标实施探测和跟踪具有独特的优势，但其过程也是一个复杂的闭环控制过程。在借鉴外军 C2Cnet探测方式的基础上，理顺步骤和层次，提出并描述了空间、近空间探测系统的工作方式，研究成果对天基探测系统规划和建设具有参考价值。